DE1287861B

DE1287861B -

Info

Publication number: DE1287861B
Application number: DE1961S0073051
Authority: DE
Priority date: 1961-03-18
Filing date: 1961-03-18
Publication date: 1969-01-23

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT F 02 c

DeutscheKl.: 46f-15

Auslegeschrift 1 287 861

Aktenzeichen: P 12 87 861.4-13 (S 73051) Anmeldetag: 18. März 1961

Auslegetag: 23. Januar 1969

Ausstellungspriorität: . —

Unionspriorität

Datum:

Land:

Aktenzeichen:

Bezeichnung:

Gasturbinenanlage mit einer Regeneratoreinrichtung

Zusatz zu: Ausscheidung aus: Anmelder:

Siemens AG, Berlin und München, 8520 Erlangen

Vertreter:

Als Erfinder benannt: Sonnenschein, Dr.-Ing. Hans, 4330 Mülheim

Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht gezogene Druckschriften: DT-PS 860437 DT-PS 869 447 FR-PS 1033 951

Bei Gasturbinen ist es erwünscht, zur Wirkungsgradverbesserung unter Anwendung von Wärmetauschern die Abgaswärme dem Gasturbinenprozeß wieder zuzuführen. Besondere Vorteile bietet hierbei die Anwendung von Regeneratoreinrichtungen, die mit einer umgewälzten Wärmeträgermasse aus feinkörnigen, fließfähigen Teilchen betrieben werden. Diese nehmen in einer ersten Regeneratorkammer die Abgaswärme der Gasturbine auf und geben sie in einer zweiten Regeneratorkammer an die vom Verdichter der Gasturbine geförderte Luft ab. Beim Betrieb derartiger Gasturbinen, deren Brennkammer zur Erzeugung des Brenngases Schweröl, Kohlestaub oder ähnliche Brennstoffe zugeführt werden, ergeben sich im allgemeinen dadurch große Schwierigkeiten, daß in den der Brennkammer zugeführten Brennstoffen schädliche Verunreinigungen enthalten sind, weil nämlich durch diese in die Brenngase übergehenden Verunreinigungen an den Turbinenschaufeln und anderen Teilen Verkrustungen und Korrosionen, beispielsweise durch Vanadium-Pentoxyd, hervorgerufen werden. Man könnte — wie an sich bekannt — zwischen Brennkammer und Gasturbine mechanische Filter mit fest angeordneten Filterelementen anordnen, indessen scheitert auch die Anwendung derartiger Filter oft an der schnell eintretenden Verkrustung und Verstopfung.

An sich sind für Gasturbinenanlagen ferner Vorschläge bekanntgeworden, gemäß denen die Verunreinigungen der aus der Brennkammer einer Gasturbine zugeführten Brenngase durch Filter mit beweglicher Filtermasse ausgeschieden werden. Letztere wird zwecks Ermöglichung einer Reinigung im Kreislauf umgewälzt und gegebenenfalls durch einen Teilgasstrom des Verdichters der Turbinenanlage gekühlt (deutsche Patentschrift 869 447).

Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Ausbildung derartiger Gasturbinenanlagen mit einem mit einer umgewälzten Wärmeträgermasse arbeitenden Regeneratoreinrichtung für die Luftvorwärmung durch die Abgaswärme der Turbine, bei welcher die Wärmeträgermasse des Regenerators gleichzeitig die Funktion eines Wärmeverluste ausschließenden Filters zwischen Brennkammer und Gasturbine übernimmt. Gemäß der Erfindung wird dabei die Anordnung derart getroffen, daß im Kreislauf der Wärmeträgermasse der Regeneratoreinrichtung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer des Regenerators eine Filterzone zur Reinigung des von der Brennkammer der Gasturbine zugeführten Gases unter Benutzung der Wärmeträgermasse zur Filterung und anschließend eine Vorwärmzone für einen aus der zweiten Kammer abgezweigten Nebenluftstrom angeordnet ist, der in einer Mischkammer mit dem gereinigten Gas vereinigt wird, und daß in dem der Vorwärmzone nachgeschalteten Teil der Regeneratoranlage Einrichtungen zur Abfuhr der Verunreinigungen der Masseteilchen vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht unter Anwendung der Wärmeträger der Regeneratoreinrichtung sowohl eine gute Filterung und Reinigung der Brenngase in Verbindung mit einer vollständigen Ausnutzung der den Wärmeträgerteilchen bei der Filterung zugeführten Wärme bei gleichzeitiger Temperaturbegrenzung des der Gasturbine hinter dem Filterbereich zugeführten Gases.

Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Anordnung derart getroffen werden, daß zur Mengenbegrenzung der die Filterzone durchfließenden Wärmeträgermasse, eine mit einem Regel-' ventil versfehene Umgehungsleitung 14 für die Filterzone und die Vorwärmzone vorgesehen ist.
Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich ein konstruktiv und räumlich besonders günstiger Aufbau der Filterzone dadurch erzielen, daß Filterzone und Vorwärmzone als Ringzylinder ausgebildet und übereinander angeordnet sind und ίο daß zwischen den beiden Zonen eine Querwand im Innenkanal vorgesehen ist, durch den Luft und Heiß. gas einander entgegengesetzt zuströmen und radial nach außen abströmen.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand is der Zeichnung erläutert werden.

Fig. 1 der Zeichnung gibt prinzipiell die Ausführung einer Gasturbinenanlage gemäß der Erfindung wieder;

Fig. 2 zeigt eine spezielle Ausführung, bei der Filter- und Vorwärmzone als Ringzylinder ausgebilao det sind.

In Fig. 1 bedeutet 1 den Verdichter, 2 die Gasturbine, 6 die Brennkammer. Der Regenerator ist ein zweikammeriger. Wärmetauscher, bestehend aus der Heizkammer 16, in der die Abgase der Turbine ihre

as Abwärme an eine aus kleinen Teilchen bestehende fließfähige Wärmeträgermasse abgeben, und der Regeneratorkammer 17, in der die von der Masse aufgenommene Wärme an die vom Verdichter 1 kommende Luft übertragen wird, die über die Leitung 19 der Brennkammer zuströmt. 18 ist eine Schleusenanordnung zur Überleitung der Masse zwischen den verschiedene Drücke aufweisenden Kammern 16 bzw. 17. Das Kennzeichnende der neuen Anordnung ist nun, daß eine Filterzone 7 und eine nachgeschaltete Vorwärmzone Ta für einen Nebenluftstrom zwischen die Kammern 16 und 17 geschaltet ist, und zwar nicht nur unter dem Gesichtspunkt der Reinigung der Brenngase, sondern gleichzeitig zur Herstellung einer bestimmten Arbeitstemperatur der Gasturbine 2.

Die hier interessierenden Temperaturen und Drücke sind als Beispiel eingetragen. Die Masse in der Kammer 16 wird durch Abgas mit etwa 450° C auf rund 400° C erwärmt, während sich in der Brennkammer eine Temperatur von etwa 1200° C einstellt. Beim Durchtritt der heißen Gase durch die wesentlich kältere Masse schlagen sich auf dieser in der Zone 7 die Verunreinigungen nieder. Gleichzeitig wird aber die Brenngastemperatur auf etwa 800° C herabgesetzt. Da diese Temperatur zu hoch liegt, wird ein Teilstrom der verdichteten Luft (Nebenluftstrom), der in der Zone 7 a mit einer Teilchentemperatur von etwa 700° C aufgeheizt wird, über die Leitung 20 dem Brenngasstrom hinter der Filterzone 7 zugesetzt, so daß sich eine Gastemperatur von etwa 750° C vor der Turbine 2 ergibt. Die von der Nebenluft etwas abgekühlte Wärmeträgermasse wird sodann über die Leitung 21 in die Heizkammer 16 zurückgeführt, wobei über einen Abscheider 22 die Verunreinigungen und der staubförmige Abrieb entfernt werden. Um in der Filterzone 7 die gewünschten Temperaturverhältnisse herzustellen, kann es zweckmäßig sein, für die Masse über eine Leitung 14 einen mittels Regelventils 8 beeinflußbaren Parallelweg zu schaffen, um den Teil der Masse, der in der Filterzone 7 nicht benötigt wird, unmittelbar in die Kammer 17 einbringen zu können.

In F i g. 2 ist beispielsweise eine Abwandlung der Filterzone und der anschließenden Wärmeaustausch-

Claims

zone dargestellt. Filterzone 7 und Wärmeaustauschzone la haben hier die Form zweier koaxialer übereinander angeordneter zylindrischer Säulen von Wärmeaustauschmasse, die innen durch gasdurchlässige Wände 30, 31 und außen durch gasdurchlässige Wände 32, 33 begrenzt sind. Die beiden Zonen sind durch die Querwand 34 voneinander getrennt. Die Brennkammer 35 ist achsgleich oberhalb der genannten Zonen angeordnet. Die Masse wird über Kanäle bei 36 zugeführt und bei 37 abgeführt. Die in der Brennkammer 35 entstehenden Brenngase treten in die Filterzone 7 ein und durchströmen den Massezylinder 38 von innen nach außen. Die verdichtete Luft tritt bei 39 in die Zone la ein und durchströmt den Massezylinder 40 ebenfalls von innen nach außen, so daß sich der Brenngasstrom und der Luftstrom im Raum 41 mischen, aus welchem das Gemisch dann über die Leitung 42 zur Gasturbine strömt. Unter Umständen kann es bei den Ausführungsbeispielen zweckmäßig sein, die gasdurchlässigen Wände zur Änderung der Schichtstärke der Wärmeträgermasse zu variieren, beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 abweichend von der Zylinderform zu gestalten, um eine bestimmte Beeinflussung des Strömungswiderstandes und damit as der Gasströmung sowie der Wärmeaustauschbedingungen in den Zonen 1,1a herbeizuführen. Patentansprüche:

1. Gasturbinenanlage mit einer Regeneratoreinrichtung, die mit einer umgewälzten Wärmeträgermasse aus feinkörnigen, fließfähigen Teilchen betrieben wird, die in einer ersten Regeneratorkammer Abgaswärme der Gasturbine aufnimmt und sie in einer zweiten Regeneratorkammer an die vom Verdichter geförderte Luft abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf dieser Masse zwischen der ersten Kammer (16) und der zweiten Kammer (17) eine Filterzone (7) zur Reinigung des von der Brennkammer der Gasturbine zugeführten Gases und anschließend eine Vorwärmzone (7 a) für einen aus der zweiten Kammer abgezweigten Nebenluftstrom angeordnet ist, der in einer Mischkammer mit dem gereinigten Gas vereinigt wird, und daß in dem der Vorwärmzone nachgeschalteten Teil der Regeneratoranlage Einrichtungen zur Abfuhr der Verunreinigungen der Masseteilchen vorgesehen sind.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit einem Regelventil (8) versehene Leitung (14) für die Wärmeträgermasse zur Umgehung der Filterzone (7) und der Vorwärmzone (la).

3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Filterzone (7) und Vorwärmzone (la) als Ringzylinder (38, 40) ausgebildet und übereinander angeordnet sind und daß zwischen den beiden Zonen eine Querwand (34) im Innenkanal vorgesehen ist, durch den Luft und Heißgas einander entgegengesetzt zuströmen und radial nach außen abströmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen